中国科学院合肥物质科学研究院王振阳教授团队在功能材料领域取得重要进展，成功开发出一种基于3D打印技术的新型石墨烯/聚合物双层复合材料。该材料展现出优异的热管理性能，特别是在各向异性热导率方面表现突出，为高效热控制技术提供了新的解决方案。相关研究成果已分别发表在材料科学领域知名期刊《碳》和《化学工程杂志》上。

石墨烯作为一种二维纳米材料，因其独特的晶体结构而具有显著的各向异性特征。在平面方向上，石墨烯展现出极高的热导率和电导率，而在垂直方向上的传导性能则相对较低。研究团队创新性地采用双喷嘴熔融沉积成型(FDM)3D打印技术，通过精确控制工艺参数，将石墨烯纳米片定向排列在热塑性聚氨酯(TPU)基体中，构建出具有特殊双层结构的复合材料。

实验数据显示，这种由石墨烯增强型TPU(G-TPU)和纯TPU(N-TPU)组成的复合材料，其面内热导率达到4.54 W/(m·K)，各向异性比约为8。这一性能指标明显优于传统复合材料，为材料在热管理领域的应用提供了新的可能性。

为进一步提升材料性能，研究团队采用了先进的激光诱导表面工程技术对材料进行处理。激光处理过程不仅保持了石墨烯的定向排列结构，还通过选择性碳化作用，在材料表面形成了具有特殊微观结构的导电网络。这种处理方式使材料的各向异性热导率提升至9.1，电阻率各向异性提高超过一个数量级。同时，材料表面疏水性和光吸收性能也得到显著改善，光热转换效率获得提升。

王振阳教授在介绍研究成果时表示："我们开发的这种新型石墨烯复合材料，通过3D打印技术实现了结构的精确控制，结合激光表面处理工艺，在保持材料轻质特性的同时，显著提升了其热管理性能。这项技术为高性能防冰/除冰系统的开发提供了新的思路。"

该研究成果具有广泛的应用前景，特别是在需要精确热管理的领域，如航空航天设备的热防护系统、高功率电子器件的散热解决方案、新能源电池的热管理系统等。研究团队表示，未来将进一步优化材料配方和制备工艺，探索其在更多领域的应用可能性。

这项研究得到了国家自然科学基金、中国科学院重点研究计划等项目的支持。研究团队已就相关技术申请了多项发明专利，为后续的产业化应用奠定了基础。

更多信息： Zihao Kang 等，《3D 打印石墨烯增强热塑性聚氨酯结构在光热转化中的各向异性热导率》，Carbon (2025)。

Zihao Kang 等，激光诱导 3D 打印石墨烯增强热塑性聚氨酯结构，以提高各向异性和光/电热除冰性能，《化学工程杂志》 (2025)。

期刊信息： 化学工程杂志